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创建时间:01-08

基于PLC的电镀行车控制系统的设计与研究

可编程序控制器在我国的发展及应用
一 引言
可编程序控制器是以微处理器为基础,综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史,现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域,成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展,努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用,形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术,应该是广大技术人员努力的方向。
二 可编程序控制器的发展历程
    可编程序控制器问世于20世纪 60 年代,当时的可编程序控制器功能都很简单,只有逻辑、定时、计数等功能;硬件方面用于可编程序控制器的集成电路还没有投入大规模工业化生产, CPU 以分立元件组成;存储器为磁心存储器,存储容量有限;用户指令一般只有二三十条,还没有成型的编程语言;机型单一,没有形成系列。一台可编程序控制器最多只能替代201~300个继电器组成的控制系统,在体积方面,与现在的可编程序控制器相比,可以说是庞然大物。
    进入70年代,随着中小规模集成电路的工业化生产,可编程序控制器技术得到了较大的发展。可编程序控制器功能除逻辑运算外,增加了数值运算、计算机接口、模拟量控制等;软件开发有自诊断程序,程序存储开始使用EPROM ;可靠性进一步提高,初步形成系列,结构上开始有模块式和整体式的区分,整机功能从专用向通用过渡。
    70年代后期和80年代初期,微处理器技术日趋成熟,单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产,大规模集成电路开始普遍应用。可编程序控制器开始向多处理器发展,使可编程序控制器的功能和处理速度大为增强,并具有通信和远程 I/O 能力,增加了多种特殊功能,如浮点运算、三角函数、查表、列表等,自诊断和容错技术也迅速发展。
    80年代后期到90年代中期,随着计算机和网络技术的普及应用,超大规模集成电路、门阵列以及专用集成电路的迅速发展,可编程序控制器的CPU已发展为由 16位或32位微处理器构成,处理速度得到很大提高,高速计数、中断、PID、运动控制等功能引入了可编程序控制器。使得可编程序控制器能够满足工业生产过程的各个领域,可编程序控制器已在很多场合取代了传统的逻辑控制装置,模拟量仪表控制装置和以小型机为核心的DDC(直接数字控制)控制装置。由于联网能力增强,此时的PLC既可和上位计算机联网,也可以下挂 FLEX I/O 或远程 I/O ,从而组成分布式控制系统(DCS)已无困难。梯型图语言和语句表语言完全成熟,基本上标准化,SFC(顺序功能图)语言逐步普及,专用的编程器已被个人计算机和相应编程软件所替代,人机界面装置日趋完善,已能对整个工厂进行监控、管理,并发展了冗余技术,大大加强了PLC控制系统工作的可靠性。
    进入21世纪,可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头,并不断扩大其应用领域,如为用户配置柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)。目前可编程序控制器主要向两个方向扩展:一是综合化控制系统,它已经突破了原有的可编程序控制器的概念,将工厂生产过程控制与信息管理系统密切结合起来,甚至向上为MES和ERP系统准备了技术基础,这种发展趋势会使得举步为艰的ERP系统有了坚实的技术基础,从而带来了工业控制的一场变革,实现了真正意义上的工厂电子信息化;二是微型可编程序控制器异军突起,体积如手掌大小,功能可覆盖单体设备及整个车间的控制功能,并具备联网功能,这种微型化的可编程序控制器使得控制系统可将触角延伸到工厂的各个角落。随着世界经济一体化进程的加快,在技术发展的同时,发达国家更加注重了对可编程序控制器的知识产权的保护,国际大型可编程序控制器制造商纷纷加入了可编程序控制器的国际标准化组织,他们利用许多技术标准建立了符合他们经济利益的技术保护壁垒。
三 可编程序控制器在我国的发展
    我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同,国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用,而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段:
1 可编程序控制器的初级认识阶段(70 年代后期到 80 年代初期)
    国际上可编程序控制器的发展,首先引起了国内工程技术界的极大兴趣,所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中,当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 201 多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上,取代了传统的继电器逻辑系统,并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。继宝钢一期工程后,国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器,其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中,我们打开了眼界,认识了可编程序控制器,这也促进了可编程序控制器在我国的发展。 
2 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段(80 年代初期到90年代初期)
    80年代初期开始,随着我国改革开放的不断深入,在成套设备引进的同时,国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统,其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。
    随着应用能力的提高和市场需求的扩大,一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针,一方面进行二次开发和应用研究,一方面也在引进可编程序控制器的生产线,建立生产可编程序控制器的合资企业,积极开发自己的产品。
    同时,国内也开始研制可编程序控制器产品,当时在上海、北京、西安、广州、长春等地有约 20多家科研单位、大专院校和工厂都在研制和生产可编程序控制器,但由于缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后,只能停留在实验室阶段,没能投入实际应用和形成工业化生产。
3 可编程序控制器的广泛发展阶段(90 年代初期到现在)
    进入90年代,我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段,主要表现在以下几个方面: 
(1) 政府重视 
    可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视,在当时机械电子工业部的领导下,于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用,沟通了情况,为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视,于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会,为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。 
(2) 应用更加广泛 
    这一阶段可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落,已成为企业提高装备技术水平的重要标志。在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器,在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器,像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。在这一阶段中,我国的工程技术人员充分显示出了设计应用、软件制作、设备成套的能力。最近,在我国科技人员自行设计成套、软件开发、安装调试的我国西部大开发重点项目青海盐湖100万吨氯化钾项目中,采用可编程序控制器组成了全厂的自动化控制系统,并将可编程序控制器设计在MCC柜中,实现了全厂六百多面MCC柜、覆盖全厂各个工艺流程的综合自动化系统。该应用项目已引起国外各大公司的注意,罗克韦尔自动化公司邀请项目设计人员去美国公司总部进行介绍。 
(3) 研制、开发、生产取得成果 
随着我国改革开放的不断深入,国外厂商纷纷看好中国的市场,在中国建立他们的办事处,甚至将他们的亚太总部设在中国。国内企业纷纷引进国外技术,从而促进了一批技术引进企业、合资企业的建立,带动了我国可编程序控制器行业的技术发展。可喜的是从90年代初期开始,由于可编程序控制器应用的不断深入,国内又掀起了自主研制开发可编程序控制器的高潮,虽然多为小型可编程序控制器,批量亦不大,但其功能、 lG3小型可编程序控制器系统。在国外产品强手如林的情况下,这些产品已具有和国外同类产品进行竞争的能力,充分说明国产可编程序控制器发展已进入了一个新的发展阶段。 
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆:重庆大学出版社,2011.
[2]华中工学院机制教研室.机床自动化与自动线[M].北京:机械工业出版社,1979.
[3]大连合机床研究所.组合机床设计[M].第三、四册.北京:机械工业出版社,1976.
[4]方承远.电气控制原理与设计[M].银川:宁夏人民出版社,1986.
[5]郑铭芳.低压电器选用维修手册[M].北京:机械工业出版社,2010.
[6]MITSUBISHI使用手册.
[7]曹承志.电机拖动与控制.北京:机械工业出版社,2012.
[8]陆亚民,余洵.机电控制技术.北京:中国轻工业出版社,2010.
[9]康华光.电子技术基础.北京:高等教育出版社,2010.
[10]陈大钦.电子技术基础实验.北京:高等教育出版社,2010.
[11]电机制造工艺学.北京:机械工业出版社,
[12]孙大涌.先进制造技术.北京:机械工业出版社,1999.    


毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
2.开题报告:一、课题的目的与意义;二、课题发展现状和前景展望;三、课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施
                        开 题 报 告
一、课题的目的与意义
本课题的目的是研制基于PLC的电镀行车的控制系统,主要用来提高电镀车间工效、促进生产自动化和减轻劳动强度。设计电镀行车生产线的意义在于:1)提高产品质量。2)减轻工人劳动强度,适当降低操作技术水平。3)提高劳动生产率,减少在制品数量,加速资金周转。4)缩减生产面积,节约能源消耗,降低产品成本。
二、课题发展现状和前景展望
在当今竞争激烈的工业界,自动化水平越来越高,而PLC始终处于自动化领域的主战场,为各种各样的自动化设备提供非常可靠的控制应用,是因为它能够为自动化控制提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。而PLC电镀生产线正是在这一背景下产生的,几乎所有的规模企业都已经在使用这项技术,大大的提高了企业效益。
在全球工业计算机控制领域,围饶开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议,已经发生大变革,几乎到处都有PLC,但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,安装有组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长。开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。因此PLC生产线要使用组态控制技术以及向网络方向发展才有更大的前途。
三、课题主要内容和要求
本电镀行车是某电镀车间的自动送料和起吊设备。它由传送带A、B和行车这三个基本部分组成,而行车又由大车、小车和吊钩等部分组成。其中,传送带A、传送带B、大车、小车和吊钩分别由电动机M1~M5拖动,作前后、左右、上下运动,起吊重量在500kg以下,起吊重物是装有待进行电镀和表面处理的各种产品零件的吊篮。用来进行电镀和
表面处理的容器是1~5号槽,每个槽内从左到右都有5个放置吊篮的位置,依次称为1号位、2号位……5号位。1~5号槽内依次盛有酸液、清水、锌液、铬液、镍镉液,可分别用来对产品零件进行除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉等处理(但在同一时间内,只需对产品零件进行一种电镀处理)。完成对产品零件的除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉处理所需的时间分别为5分钟、2分钟、10分钟、15分钟、20分钟。
电镀行车应具有手动、单周和连续3种工作方式。要求能对本电镀行车实现起动、预停、急停等操作,具有计数、计时、短路保护、过载保护、失压保护以及故障报警和故障显示功能。
要求设计本电镀行车各电动机M1~M5的电气原理图;本电镀行车控制系统的PLC I/O接线图、PLC程序的总体结构图、顺序功能图和梯形图(包括公用程序、手动程序、自动程序、信号显示和故障报警程序等程序的梯形图);编写指令程序清单;上机调试PLC程序;选择电器元件;绘制工艺图纸;编写设计说明书和使用说明书。
四、设计方法、步骤和措施
基于PLC的电镀行车的控制系统设计须遵循以下步骤:
1 硬件设计
1)确定安排PC的输入、输出点。
2)设计外围电路,包括主电路。
3)PC的机型选择。
2 软件设计
1)设计控制流程,根据工艺要求先画出工作循环图。
2)根据工作循环图或状态流程图,画出继电器梯形图。
3)按继电器梯形图编写指令程序表。
3 系统的调试
根据设计要求,对程序进行调试和修改,必要是还可对电路进行修改,直到符合要求为止。
4 编写设计说明书等文件资料
为了保证本课题设计任务的按时完成,特制定如下措施:
    
目  录
摘要    I
Abstract    II
第1章  绪论    1
1.1 国内外PLC的最新发展趋势    1
1.2 基于PLC的电镀行车的控制系统的概述    1
1.3 课题的选题背景及意义    4
第2章系统总体方案论证    6
2.1 控制对象的设计要求    6
2.2 对PLC用户程序设计方案的论证    7
第3章系统的硬件设计    9
3.1 PLC I/O模块设计    9
3.1.1 PLC机型选择    9
3.1.2  PLC容量选择    10
3.1.3  I/O模块的选择    10
3.2 主电路控制电动机的设计    15
3.3 辅助电路的设计    19
3.3.1 PLC负载电源电路设计    19
3.3.2 PLC及其负载的电源控制电路设计    19
3.3.3 电气元件的明细表    20
第4章  系统的软件设计    22
4.1 软件的组成及作用    23
4.2 公用程序的设计    23
4.3 手动程序的设计    24
4.4 自动程序的设计    26
4.5 信号显示及故障报警程序设计    29
第5章  电镀行车控制系统操作面板工艺设计    31
结束语    33
参考文献    34
致 谢    35
附录A自动程序的梯形图:    36
附录B自动程序的指令表    47
附录C 电镀行车控制系统使用说明书    58


第1章  绪论
1.1 国内外PLC的最新发展趋势
长期以来,PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因,在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面,PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击,尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。
PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为,PLC将会继续失去市场份额;更有甚者认为,在工业PC面前,PLC将会一步一步走向死亡;但也有一部分人相信,一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。
在全球工业计算机控制领域,围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议,已经发生巨大变革,几乎到处都有PLC,但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长,这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化,他们必须面对现实,在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲,这是PLC控制器的核心,PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件,而且对于工业用户表现得非常积极。此外,开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。
PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为,新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为,虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备,但他们仍然需要联合工控软件公司,以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。
1.2 基于PLC的电镀行车的控制系统的概述
本电镀行车是某电镀车间为提高工效、促进生产自动化和减轻劳动强度而制造的自动送料和起吊设备。它由传送带A、传送带B和行车等基本部分组成,而行车又由大车、小车和吊钩等部分组成,电镀车间的平面示意图如图1所示,传送带A传送吊篮的示意图如图2所示。传送带A、传送带B、大车、小车和吊钩分别由电动机M1~M5拖动。其中,大

 
图1.1  电镀车间平面示意图
车、小车和吊钩在电动机的拖动下可分别作前后、左右、上下运动,行车的起吊重量在500kg以下,起吊物品是待进行电镀和表面处理的各种产品零件。用来进行电镀和表面处理的容器是1~5号槽,每个槽内从左到右都有5个位置依次称为1号位、2号位……5号位,每个位置都可以放置一个吊篮,因此,每个槽内共可以放置5个吊蓝。1~5号槽内依次装有酸液、清水、锌液、铬液、镍镉液,可分别用来对产品零件进行除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉等处理(但在同一时间内,只需对产品零件进行镀锌或镀铬或镀镍镉处理) 。完成对产品零件的除锈、清洗、镀锌、镀铬和镀镍镉处理所需的时间分别为5分钟、2分钟、10分钟、15分钟、20分钟。要求本电镀行车对产品零件的传送过程如下:
1.2.1 将吊篮从传送带A送到1号槽,以对产品零件进行除锈处理
在电镀行车启动前的初始状态下,吊钩在大车和小车的拖动下处于传送带A的1号位的上方。
(1)当按下启动按钮后,传送带A向前,将装满待电镀和表面处理的产品零件的吊篮送到1~5号位。
(2)传送到位后,吊钩下降。
(3)下降到位后,大车向前一小段距离,以使吊钩钩住吊篮。
(4)钩住吊篮后,吊钩上升。
 
图1.2  传送带A传送吊篮的示意图
(5)吊钩将吊篮提升到位后,大车向前(小车不动),将吊篮送到1号槽的1号位的上方。
(6)将吊篮送到位后,吊钩下降,将吊篮送到1号槽中的1号位,以对产品零件进行除锈处理。
(7)吊钩下降到位后,大车向后一小段距离,以使吊钩脱离吊篮。
(8)吊钩脱离吊篮后,吊钩上升。
(9)上升到位后,大车向后,小车向左,拖动吊钩到传送带A的2号位的上方。
(10) 吊钩到达传送带A的2号位的上方后,吊钩下降。
(11)以后重复上述过程,依次将各吊篮从传送带A的2~5号位送到1号槽的2~5号位。
(12)当行车将第5个吊蓝送到1号槽的5号位后,重复上述第(7)、(8)步过程,使吊钩脱离吊篮并上升。
(13)上升到位后,大车不动,小车向左,拖动吊钩回到1号槽的1号位的上方。等待下一步传送工作的进行。
1.2.2 将吊篮从1号槽送到2号槽,以对产品零件进行清洗
当1号槽1号位的吊篮中的产品零件经酸液进行了5分钟的除锈处理后,重复类似于上述(1)~(13)步的过程,依次将各吊篮从1号槽中的1~5号位送到2号槽的1~5号位,以对产品零件进行清洗。将各吊篮送到位后,应使吊
 

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